JP2007155301A - 直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉及び焼却物焼却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内の灰が乾留ガスに随伴して再燃焼室に排出されるのを防止するとともに、燃焼ガスが保有する熱を効果的に利用する。
【解決手段】直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉(10)は、ガス化室(12)、火格子(13)、燃焼室(11)、熱源バーナ(15)、循環流路(19)及び再燃焼室(14)を有する。燃焼室と再燃焼室とを連通させる排気口(17)が、熱源バーナを配置した側に位置する燃焼室の炉壁面に配置される。熱源バーナの燃焼ガス噴流(CG)が燃焼室内にＵターン形炉内循環流を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉及び焼却物焼却方法に関するものであり、より詳細には、ガス化室に生成した乾留ガスを熱源バーナの近傍に循環して熱源バーナの混合気又は燃焼ガスに混合するように構成された直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉及び焼却物焼却方法に関するものである。

環境負荷を増大することなく、一般家庭又は飲食施設の生ゴミ、食品工場や、畜産施設の動植物廃棄物、医療施設の生物学的又は生体系廃棄物、養老施設又は老人保健施設の紙オムツ、産業施設の廃プラスチック等の各種廃棄物を焼却するための焼却処理技術が、近年殊に注目されており、種々な焼却方式の小型焼却炉が開発されてきた。

このような廃棄物焼却炉として、乾留ガス化方式の焼却炉が知られている。一般に、この方式の焼却炉は、廃棄物をガス化室に一括投入し、理論燃焼空気量以下の空気をガス化室に送風して廃棄物を部分燃焼させるように構成される。廃棄物の熱分解により発生した乾留ガスには燃焼用空気が供給され、乾留ガスは、燃焼用空気と混合して完全燃焼する。乾留ガス化反応の終息段階に移行すると、比較的多量の空気がガス化室に供給される。炭化した焼却物の完全燃焼、即ち、炭化分の熾き燃焼がガス化炉内に進行し、焼却物は灰化する。

乾留ガス化方式の焼却炉の形式は、間接加熱型焼却炉と直接加熱型焼却炉とに大別される。間接加熱型の焼却炉は、焼却物を間接的に加熱するために焼却物と熱源（燃焼室）とを隔壁によって分離した構造を有する。この形式の焼却炉は、ガス化室内に生成した灰の飛散を防止する上で有利である反面、間接加熱用隔壁を構成する金属壁の耐熱性、耐化学腐食性等の問題、或いは、酸化困難な熾き物質（炭素分）の残留、焼却処理時間の長期化等の問題点が指摘されている。

他方、直接加熱型の焼却炉では、熱源と焼却物とを分離する金属隔壁は設けられず、高温の燃焼ガスが直に焼却物に接触するように構成される。従って、間接加熱型焼却炉における問題点、即ち、金属の耐久性、熾き物質の酸化困難性、焼却処理時間の長期化等の問題は、直接加熱型の焼却炉の採用によって解消する。直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉が、例えば、特開平９−４２６３４号公報、特許第３４６８９２５号公報に記載されている。

図１３は、直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉の構成を概略的に示すシステム構成図である。

図１３（Ａ）には、燃焼室１０１及びガス化室１０２を火格子１０３によって区画し、ガス化室１０２に生成した乾留ガスＰＧを再燃焼室１０４によって二次燃焼させるように構成された直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉１００が示されている。燃焼室１０１及び再燃焼室１０４には、熱源バーナ１０５及び再燃焼室昇温用バーナ１０６が夫々配設される。使用において、焼却物Ｗが、ガス化室１０２に一括投入され、燃料及び燃焼用空気が熱源バーナ１０５に供給される。火格子１０３上の焼却物Ｗは、熱源バーナ１０５の火炎及び燃焼ガスＣＧによって着火し、焼却物Ｗの下層部分の燃焼反応が進行する。焼却物Ｗの上層部分は、比較的低酸素濃度の燃焼ガス上昇流と接触して乾留ガス化（部分酸化）し、可燃性揮発分を含む乾留ガスＰＧがガス化室１０２に生成する。乾留ガスＰＧは、排ガス流路１０７を介して再燃焼室１０４に流入する。燃焼用空気が再燃焼室昇温用バーナ１０６の上流側又は下流側に供給され、乾留ガスＰＧは、再燃焼室１０４内で完全燃焼し、排ガスＥＧとして系外に排気される。

図１３（Ｂ）には、他の構造を有する直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉１１０が示されている。焼却炉１１０は、上述の焼却炉１０１と同じく、燃焼室１１１及びガス化室１１２を火格子１１３によって区画した構成を有する。しかしながら、焼却炉１１０は、ガス化室１１２に生成した乾留ガスＰＧを熱源バーナ１１５に再循環させる循環口１１８及び循環流路１１９を備えた点において上述の焼却炉１００と相違する。使用において、燃料及び燃焼用空気が熱源バーナ１０５に供給され、乾留ガスＰＧがガス化室１１２に生成する。ガス化室１１２の乾留ガスＰＧは、循環口１１８から循環流路１１９に流出し、熱源バーナ１１５のエゼクタ効果によって熱源バーナ１１５の燃焼用空気（又は、燃料及び燃焼用空気）に誘引される。乾留ガスＰＧは、熱源バーナ１１５の燃焼用空気（又は、燃料及び燃焼用空気）と混合して燃焼し、燃焼室１１１内の燃焼ガスは、一部が火格子１１３を介してガス化室１１２に循環し、残部が排気口１１７を介して再燃焼室１１４に流出し、再燃焼室１１４に供給された燃焼用空気と混合して再燃焼室１１４内で完全燃焼した後、排ガスＥＧとして系外に排気される。
特開平９−４２６３４号公報 特許第３４６８９２５号公報

しかしながら、図１３（Ａ）に示す構造の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉では、独立した再燃焼室を焼却炉本体と別に設ける必要が生じるので、装置全体を小型化し難い事情があり、また、焼却炉の製造コストを低廉化することも困難である。しかも、この構造の焼却炉は、ガス化室の乾留ガスを直に再燃焼室に流出する構成を備えるので、乾留ガス中の未燃分を燃焼させるために再燃焼室昇温用バーナを常時作動する必要があり、焼却炉の運転コストが増大する。更には、この構造の焼却炉において焼却処理時間を短縮するには、熱源バーナの燃焼量を増大して燃焼ガス流量を増大する必要があるが、これに伴って乾留ガスの流量も同時に増大するので、比較的多量の灰が乾留ガスに随伴して飛散し、ガス化室から排出されてしまうという問題が生じる。

これに対し、図１３（Ｂ）に示す構造の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉は、乾留ガスを熱源バーナ１１５に再循環する構成を備えるので、煙道形態の再燃焼室を焼却炉本体の側面に組付ければ良く、しかも、乾留ガスは、熱源バーナにおいて二次燃焼した後に再燃焼室に流出するので、再燃焼室昇温用バーナの燃焼量を低下し又はその作動を過渡的に停止し、これにより、運転コストを抑制することができる。従って、この構造の燃焼炉によれば、図１３（Ａ）に示す焼却炉では達成し得なかった装置の小型化、装置製造コストの低廉化、運転コストの低減等を図ることができる。

しかしながら、図１３（Ｂ）に示す焼却炉においても又、焼却処理時間を短縮するには、熱源バーナの燃焼量を増大して燃焼ガス流量を増大する必要があり、図１３（Ａ）に示す焼却炉と同様、比較的多量の灰が乾留ガスに随伴してガス化室から排出されるという問題がある。

また、図１３（Ｂ）に示す構造の焼却炉においては、熱源バーナと対向する炉内壁面に排気口が配置され、燃焼室の燃焼ガスは、熱源バーナの流体噴射圧力によって熱源バーナと反対の側の排気口から再燃焼室に流出する。即ち、熱源バーナの燃焼ガス噴流は、燃焼室内を直線的に流動する。このため、燃焼ガスの燃焼室滞留時間が短く、燃焼ガスが保有する熱の多くは、系内で有効利用されることなく排出されてしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス化室に生成した乾留ガスを熱源バーナの近傍に循環して熱源バーナの混合気又は燃焼ガスに混合するように構成された直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉及び焼却物焼却方法において、燃焼室内の灰が乾留ガスに随伴して再燃焼室に排出されるのを防止するとともに、燃焼ガスが保有する熱を効果的に利用することにある。

本発明は、上記目的を達成すべく、焼却物をガス化するガス化室と、ガス化室の底面を形成する火格子と、火格子の下側に配置された燃焼室と、燃焼室に向かって高温の燃焼ガスを噴射する熱源バーナと、前記ガス化室に生成した乾留ガスを前記熱源バーナの近傍に案内し、該乾留ガスを前記燃焼ガスに混合するための循環流路と、前記乾留ガス中の未燃分の燃焼および前記燃焼ガスの排気のための再燃焼室とを有する直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉において、
前記熱源バーナの燃焼ガス噴流が該燃焼室内にＵターン形炉内循環流を形成するように、前記燃焼室と前記再燃焼室とを連通させる排気口が、前記熱源バーナを配置した側に位置する前記燃焼室の炉壁面に配置されたことを特徴とする直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉を提供する。

本発明の上記構成によれば、熱源バーナ及び排気口が同じ炉壁面に配置されるので、熱源バーナの燃焼ガスは、燃焼室内においてＵターンした後に再燃焼室に排出される。即ち、燃焼ガス噴流が燃焼室内を直線的に流動する従来炉と異なり、燃焼室内でＵターンする燃焼ガス炉内循環流が燃焼室内に形成される。この結果、燃焼ガスは、比較的長い経路を辿って排気口から排気されるので、燃焼室内の燃焼ガス滞留時間は増大し、燃焼ガス噴流の輻射熱は効果的に火格子及び焼却物に作用する。Ｕターン形炉内循環流の形成は、乾留ガス中の未燃分の燃焼を促進する上で有利であり、また、燃焼室内の燃焼ガス圧を広範囲に作用せしめて燃焼ガスを火格子の広範な領域に分布させる上でも有利である。しかも、灰出し口は、通常は、熱源バーナと異なる炉内壁面に配置されるので、燃焼ガス流の転向によって燃焼室内の灰を灰出し口近傍に堆積させるように焼却炉を設計することができる。

本発明は又、ガス化室の火格子上に焼却物を投入し、火格子の下側に配置された燃焼室内に熱源バーナから空気及び燃料の混合気を導入し、該混合気の燃焼反応により生成した燃焼ガスの熱及び残存空気と、焼却物の燃焼発熱とによって焼却物をガス化し、ガス化室に発生した乾留ガスを前記混合気又は燃焼ガスに混合して該乾留ガス中の未燃分の燃焼反応を生じさせ、前記燃焼室の燃焼ガスを排気する直接加熱乾留ガス化方式の焼却物焼却方法において、
前記混合気の導入方向と逆方向に前記燃焼ガスを前記燃焼室から排出するように前記燃焼ガスの排気口を配置することによって、前記燃焼ガスを前記燃焼室内でＵターンさせ、前記燃焼室における前記燃焼ガスの流動経路及び滞留時間を延長することを特徴とする直接加熱乾留ガス化方式の焼却物焼却方法を提供する。

火格子の下側に形成された燃焼室に燃焼ガスを導入する従来炉においては、熱源バーナの燃焼ガスは、燃焼室を直線的に流動し、熱源バーナの反対側に配置された排気口より排気される。このため、燃焼ガスが保有する熱の多くが、ガス化室のガス化反応に関与せずに系外に排出される。しかし、本発明の上記構成によれば、燃焼ガスは、燃焼室内の領域でＵターンし、燃焼ガスの流動経路及び滞留時間は延長するので、比較的多量の熱が燃焼ガスから火格子及び焼却物に伝熱するとともに、乾留ガス中の未燃分の多くは、燃焼室内で燃焼する。また、燃焼ガスは、燃焼室内の領域を広範囲に流動し、火格子の広範な領域に作用する。更に、燃焼室内の灰は、燃焼ガスによって灰出し口近傍に集められ、堆積する。

本発明によれば、ガス化室に生成した乾留ガスを熱源バーナの近傍に循環して熱源バーナの混合気又は燃焼ガスに混合するように構成された直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉及び焼却物焼却方法において、燃焼室内の灰が乾留ガスに随伴して再燃焼室に排出されるのを防止するとともに、燃焼ガスが保有する熱を効果的に利用することができる。

好ましくは、燃焼ガス噴流の渦流を形成するための渦流形成手段が、熱源バーナと対向する燃焼室の炉壁面及び／又は灰出し口のハッチに設けられる。熱源バーナの燃焼ガス噴流は、熱源バーナと対向する燃焼室の炉壁面及び／又は灰出し口のハッチに到達し、炉壁面及び／又はハッチの近傍に燃焼ガス噴流の渦流の形成する。更に好ましくは、渦流形成手段は、炉壁面又はハッチに形成された凸条、凹溝又は凹凸からなる。渦流形成手段に到達した燃焼ガス流は、炉壁面近傍又は灰出し口近傍に燃焼ガスの渦流を形成し、滞留する。

本発明の好適な実施形態において、熱源バーナ及び排気口は、片側の炉内壁面に並列に配置され、熱源バーナの軸線、燃焼室の長手方向軸線および排気口の中心軸線は、平行に配向される。排気口を流通する燃焼ガス流の方向は、熱源バーナの混合気の噴流方向と実質的に平行に設定される。

本発明の他の実施形態において、焼却炉は、上下方向に複数段に配置された複数のガス化室と、燃焼室の燃焼ガスを上層のガス化室に導くバイパス流路とを備える。燃焼室の燃焼ガスは、バイパス流路によって上層のガス化室にバイパスする。好ましくは、バイパス流路は、燃焼室の炉壁面、灰出し口のハッチ及び／又は焼却物投入口のハッチに設けられた凸条、凹溝又は凹凸によって形成される。ハッチに設けた凸条等は、ハッチの交換、改修等によって他の形状・寸法のものに変更し、或いは、ハッチを取外して補修又は修理し得るので、実務的に有利である。

所望により、上記熱源バーナの空気比は、１．０〜１.２の範囲に制限される。このように空気量を制限した焼却炉の運転により、廃プラスチックのように爆発的燃焼が生じ易い焼却物を焼却するときに黒煙の発生を抑制し、煤の発生を防止することができる。従って、殊に、廃プラスチック等を焼却する焼却炉においては、熱源バーナの空気比を１．０〜１.２の範囲に制限することが望ましい。

図１及び図２は、本発明の好適な実施形態に係る直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉の構成を概略的に示すシステム構成図及びブロックフロー図である。

図１及び図２に示す直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉１０は、火格子１３によって区画された燃焼室１１及びガス化室１２を有する。焼却物Ｗが、ガス化室１２に一括投入され、燃料及び燃焼用空気が熱源バーナ１５に供給される。火格子１３上の焼却物Ｗは、熱源バーナ１５の火炎及び燃焼ガスＣＧによって加熱され、焼却物Ｗの下層部分の乾燥／乾留ガス化（部分酸化）が進行する。焼却物Ｗの上層部分は、実質的に無酸素且つ高温の燃焼ガス上昇流によって乾留ガス化し、可燃性揮発分を含む乾留ガスＰＧをガス化室１２内に生成する。

焼却炉１は、ガス化室１２の乾留ガスＰＧを熱源バーナ１５に再循環させる循環口１８及び循環流路１９を備える。循環口１８は、ガス化室１２の上部に配置され、循環流路１９は、焼却炉１の炉壁に沿って延びる縦形流体通路を形成する。循環流路１９内を流下する乾留ガスと、熱源バーナ１５が噴射する燃焼用空気（又は燃料及び燃焼用空気）とを混合する混合室２０が、循環流路１９の下部に形成される。熱源バーナ１５は、対向する燃焼室１１の炉壁面に向かって燃料及び燃焼用空気の噴流を噴射するように混合室２０に配置される。乾留ガスＰＧは、ガス化室１２から循環口１８及び循環流路１９に流出し、熱源バーナ１５が噴射する噴流の吸引効果又は誘引効果によって、熱源バーナ１５の燃焼用空気（又は燃料及び燃焼用空気）に誘引される。乾留ガスＰＧは、熱源バーナ１５の燃焼用空気（又は燃料及び燃焼用空気）と混合し、熱源バーナ１５の過剰空気分と燃焼反応する。乾留ガスＰＧは、熱源バーナ１５の過剰空気量の設定（空気比の設定）に相応して燃焼（部分燃焼）する。

排気口１７が、熱源バーナ１５を配置した炉内壁面に配設される。再燃焼室１４が、循環流路１９に隣接して配置される。再燃焼室１４は、循環流路１９と同様、焼却炉１の炉壁に沿って延びる縦形流体通路を形成する。燃焼室１１は、排気口１７を介して再燃焼室１４と連通する。

熱源バーナ１５から燃焼室１１に向かって噴射された燃料及び燃焼用空気の混合気は、燃焼室１１に火炎帯を形成するとともに、燃焼室１１内でＵターンする燃焼ガス炉内循環流を形成する。燃焼室１１内の燃焼ガスの一部は、火格子１３を介してガス化室１２内に上昇し、前述の如く、焼却物Ｗの乾留ガス化を促進する。

熱源バーナ１５と対向する炉内壁面（熱源バーナ１５と反対の側の炉内壁面）には、燃焼室１１内の灰を炉外に排出するための灰出し口２１が配設される。炉内循環流の一部は、灰出し口２１を配置した炉内壁面に到達し、灰出し口２１の近傍に渦流を形成し、滞留する。燃焼室１１の底に堆積した灰は、燃焼ガス噴流に随伴するが、炉内循環流のＵターン時及び渦流形成時に灰出し口２１の近傍に堆積する。灰出し口２１の開閉ハッチ（開閉扉）の内側面（炉内側の面）は、渦流形成手段を構成する凹凸形状の炉内壁面４０を形成する。

大部分の炉内循環流は、排気口１７の側に逆流し、排気口１７から再燃焼室１４に流入する。再燃焼室１４には、再燃焼室昇温用バーナ１６と、再燃焼用空気供給装置１６ａが配設される。再燃焼室昇温用バーナ１６は、燃焼用空気（又は燃料及び燃焼用空気）を再燃焼室１４内に噴射する。再燃焼用空気供給装置１６ａは、再燃焼室昇温用バーナ１６の上流側又は下流側において燃焼用空気を再燃焼室１４内に吐出する。炉内循環流に含まれる未燃分は、再燃焼室１４内で完全燃焼し、再燃焼室１４内に生成した燃焼ガスは、排ガスＥＧとして系外に排気される。所望により、排気誘引用のエゼクタ空気導管２２が、再燃焼室１４の上部に挿入される。

図２に示すように、焼却炉１０は、制御ユニット３１及び温度検出器３２を含む制御系を備える。温度検出器３２の感知部は、例えば、熱電対センサからなり、再燃焼室１４内のガス温度を検出する。温度検出部３２は、信号線を介して制御ユニット３１に接続される。制御ユニット３１は、温度検出器３２に接続された検出部３３、バーナ１５、１６の作動時間を制御する調時手段（タイマー）３４、バーナ１５、１６の点火、空気供給及び燃料供給等を制御する駆動制御部３５、バーナ運転時間の設定、管理温度の設定、バーナの発停操作等のためのマニュアル操作部３６を内蔵する。

使用において、焼却物Ｗが、焼却物投入口（図示せず）からガス化室１２内に投入される。焼却物Ｗは、火格子１３上に堆積する。操作者は、マニュアル操作部３６によってバーナ１５、１６の燃焼用空気ファンを作動させるとともに、エゼクタ空気導管２２から排気誘引用空気を噴射させる。再燃焼室昇温用バーナ１６の管理温度は、例えば、８００℃に設定される。駆動制御部３５は、再燃焼室１４内のガス温度が８００℃以下であるとき、再燃焼室昇温用バーナ１６を強制的に燃焼作動させ、再燃焼室１４内のガス温度が９５０℃以上に昇温すると、再燃焼室昇温用バーナ１６の燃焼作動を停止させる。即ち、再燃焼室１４内のガス温度は、８００〜９５０℃の温度範囲内の温度に管理される。再燃焼室１４内のガス温度は、初期的には、８００℃以下であるので、再燃焼室昇温用バーナ１６は、焼却炉１０の始動時に燃焼作動し、この結果、再燃焼室１４内のガス温度は、８００℃以上の温度に昇温する。

駆動制御部３５は、熱源バーナ１５の燃料供給系及び燃焼用空気供給系の制御弁及び給気ファンを作動させ、燃料及び燃焼用空気が、熱源バーナ１５のバーナスロート部から燃焼室１１に噴出する。燃料及び燃焼用空気の混合気は、燃焼室１１に火炎帯を形成するとともに、高温の燃焼ガス噴流ＣＧとして燃焼室１１に流入し、火格子１３を加熱する。燃焼ガスの一部は、火格子１３を通過して燃焼物Ｗに接触するとともに、燃焼物Ｗの間隙等を流通してガス化室１２に上昇する。燃焼物Ｗの下層部分は、比較的低酸素濃度の高温雰囲気の下で燃焼し、燃焼物Ｗの上層部分は、実質的に無酸素の高温雰囲気の下で熱分解ガス化する。熱源バーナ１５が噴射する燃焼ガス噴流ＣＧの誘引圧力は、循環流路１９及び循環口１８を介してガス化室１２の上部空間に作用し、焼却物Ｗから発生した乾留ガス（熱分解ガス）は、循環口１８を介してガス化室１２の上部空間から循環流路１９に誘引され、循環流路１９内を流下し、燃焼ガス噴流ＣＧに混入する。乾留ガスに含まれる未燃分の少なくとも一部は、燃焼ガス噴流ＣＧに含まれる残存酸素によって燃焼する。

燃焼ガス噴流ＣＧは、燃焼室１１内でＵターンする燃焼ガス炉内循環流を全体的に形成し、燃焼ガス噴流ＣＧの一部は、灰出し口２１を配置した炉内壁面に到達し、灰出し口２１の近傍に渦流を形成する。燃焼ガス噴流に随伴した灰は、炉内循環流のＵターン時及び渦流形成時に灰出し口２１の近傍に堆積する。燃焼室１１内における燃焼ガス噴流ＣＧのＵターン及び渦流形成の結果、燃焼室１１内の燃焼ガス滞留時間が増大するので、燃焼ガス噴流ＣＧの輻射熱が効果的に火格子１３及び焼却物Ｗに作用する。燃焼ガス滞留時間の増大は又、乾留ガス中の未燃分の燃焼を促進する上でも有利である。更に、燃焼ガスの圧力が比較的広範な燃焼室１１内の領域に作用するので、火格子１３を通過する燃焼ガスの分布は、平準化する。また、灰は、灰出し口２１の近傍に堆積するので、比較的容易に灰の排出作業を行うことができる。

燃焼室１１内の燃焼ガス炉内循環流は、排気口１７を介して再燃焼室１４に流入する。好ましくは、排出口１７及び熱源バーナ１５は、燃焼室１１の中心軸線に対して対称の位置に配置され、熱源バーナ１５の燃焼ガス噴流ＣＧは、燃焼室１１の中心軸線に対して対称なＵターン形炉内循環流を形成する。

好ましくは、燃焼ガスに随伴した灰が排出口１７から再燃焼室１４に流出するのを確実に防止すべく、排出口１７における燃焼ガスの流速（流出速度）は、混合室２０の開口部２０ａにおける燃焼ガスの流速（炉内流入速度）よりも小さく設定される。このようなガス流速の設定は、例えば、排出口１７及び開口部２０ａの開口面積の初期設定、設定変更又は調節等によって行うことができる。

再燃焼室１４は、前述の如く、８００〜９５０℃の温度範囲内に温度管理されるので、再燃焼室１４に流入した燃焼ガス中の未燃分は、再燃焼用空気供給装置１６ａから供給される燃焼用空気の存在下に再燃焼室１４内で完全燃焼する。再燃焼室１４に生成した燃焼排ガスは、再燃焼室１４内の温度差に起因するドラフト効果（通風力）、及び／又は、エゼクタ空気導管２２が噴射する空気噴流の誘引効果によって排気路に導出され、煙突等から系外に排気される。

焼却物Ｗの燃焼発熱反応が進行し、焼却物Ｗの燃焼反応が熾き燃焼段階に移行すると、熱源バーナ１５の燃料供給系は、駆動制御部３５の制御下に燃料供給を停止し、熱源バーナ１５は、燃焼用空気の噴流を燃焼室１１に噴射する。駆動制御部３５は、例えば、調時手段３４の設定に基づいて燃料供給停止を判断する。駆動制御部３５は又、熱源バーナ１５の燃焼用空気供給系を制御し、熱源バーナ１５は、熾き燃焼反応の維持に適した適量の空気を燃焼室１１に噴射する。

駆動制御部３５は更に、焼却物Ｗの焼却が完了した時期に熱源バーナ１５の燃焼用空気供給を停止させ、焼却炉１０は、全焼却工程を完了する。なお、駆動制御部３５は、例えば、ガス化室の室温低下等によって焼却過程の完了を判断する。

図３及び図４は、本発明の他の好適な実施形態に係る直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉の構成を概略的に示すシステム構成図及びブロックフロー図である。図３及び図４において、図１及び図２に示す実施形態の各構成要素と実質的に同じ構成要素については、同一の参照符号が付されている。

図３及び図４に示す直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉１０は、上下２層のガス化室１２ａ、１２ｂを備える。燃焼室１１及びガス化室１２ｂは、火格子１３ｂによって区画され、ガス化室１２ａ、１２ｂは、火格子１３ａによって区画される。燃焼室１１及びガス化室１２ｂには、燃焼室１１の燃焼ガスを部分的にガス化室１２ｂに導出するためのバイパス流路４１が形成される。バイパス流路４１は、燃焼室１１において、熱源バーナ１５と対向する炉内壁面（熱源バーナ１５と反対の側の炉内壁面であって、灰出し口２１が配設された炉内壁面）に開口する。

燃焼室１１に噴射した燃焼ガス噴流ＣＧは、灰出し口２１を配置した炉内壁面に到達し、熱源バーナ１５の側に逆流するので、この炉壁面の近傍には、比較的高い炉圧（燃焼ガス圧力）が形成される。燃焼室１１内の燃焼ガスは、このような炉圧によってバイパス流路４１内に円滑に流入し、バイパス流路４１内を上昇し、ガス化室１２ｂ内に流入する。燃焼室１１内の燃焼ガスの一部は、火格子１３ｂを通過してガス化室１２ｂの燃焼物Ｗに接触するとともに、燃焼物Ｗの間隙等を流通してガス化室１２ｂの上部空間に上昇する。ガス化室１２ｂに生成した乾留ガス、燃焼物Ｗを流通した燃焼ガス、更には、バイパス流路４１を介してガス化室１２ｂに供給された燃焼ガスは、火格子１３ａを通過してガス化室１２ａの燃焼物Ｗに接触するとともに、燃焼物Ｗの間隙等を流通してガス化室１２ａの上部空間に上昇する。

ガス化室１２ａの乾留ガス（熱分解ガス）は、循環口１８を介してガス化室１２ａの上部空間から循環流路１９に誘引され、循環流路１９内を流下し、燃焼ガス噴流ＣＧに混入する。乾留ガスに含まれる未燃分の少なくとも一部は、燃焼ガス噴流ＣＧに含まれる残存酸素によって燃焼する。

本実施形態の焼却炉は、その他の構成に関し、前述の実施形態（図１及び図２）と実質的に同じ構成を有するので、重複した説明は、省略する。

図５は、本発明の実施例に係る焼却炉の構成を概略的に示す背面図、正面図、側面図及び平面図であり、図６は、図５に示す焼却炉の構造を概念的に示す斜視図である。

焼却炉１０は、概略的に直方体の全体形状を有し、焼却炉１０の内部空間は、燃焼室１１、ガス化室１２、再燃焼室１４及び循環流路１９に区画される。ガス化室１２の底面は、火格子１３によって形成され、焼却室１１は、火格子１３の下側に配置される。循環流路１９の上部は、循環口１８を介してガス化室１２と連通し、循環流路１９の最下部は、混合室２０を構成する。再燃焼室１４の最上部には、煙道２５が接続され、再燃焼室１４の最下部は、排気口１７を介して燃焼室１１と連通する。

燃焼室１１及びガス化室１２は、再燃焼室１４及び循環流路１９の側に位置する方形垂直炉壁２６と、左右の方形垂直炉壁２８と、熱源バーナ１５と対向する方形垂直炉壁２７と、方形水平頂壁２９とによって画成される。炉壁２７には、焼却物投入口２３及び灰出し口２１が配設される。焼却物Ｗが、焼却物投入口２３のハッチ（開閉扉）を開放した状態でガス化室１２に一括投入され、火格子１３上に堆積する。焼却物投入口２３のハッチは、始動前に閉鎖される。燃料及び燃焼用空気を噴射する熱源バーナ１５が混合室２０に配置され、熱源バーナ１５は、焼却炉１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘ（図５（Ｄ））と平行に燃料及び燃焼用空気の混合気を噴射するように配向される。

燃焼室１１及びガス化室１２と、再燃焼室１４及び循環流路１９とは、炉壁２６によって区画される。図６に示すように、炉壁２６の下部には、熱源バーナ１５の燃焼ガスを燃焼室１１内に導入するための開口部２０ａが形成されるとともに、燃焼ガスＣＧを再燃焼室１４に流出させる排気口１７が形成される。開口部２０ａ及び排気口１７は、軸線Ｘ−Ｘに対して対称に配置され、燃焼室１１内に噴射した燃焼ガス噴流ＣＧは、燃焼室１１内にＵターン形炉内循環流を形成する。

火格子１３上の焼却物Ｗは、熱源バーナ１５の火炎及び燃焼ガスＣＧによって加熱され、部分燃焼する。燃焼ガスＣＧの一部が、火格子１３を通過して焼却物Ｗの間隙等を流通し、上昇する。焼却物Ｗの上層部分は、実質的に無酸素且つ高温の燃焼ガス上昇流によって乾留ガス化する。ガス化室１２内に生成した乾留ガスＰＧは、循環口１８及び循環流路１９を介して熱源バーナ１５の燃焼ガス噴流に誘引され、燃焼ガスＣＧに随伴し、燃焼ガスＣＧとともにＵターン形炉内循環流を燃焼室１１内に形成する。

燃焼ガスＣＧは、排気口１７を介して再燃焼室１４に流入し、再燃焼室１４に供給される燃焼用空気と混合し、燃焼ガス中の未燃分は、再燃焼室１４内で完全燃焼する。再燃焼室１４内に生成した再燃焼ガスは、排ガスＥＧとして煙道２５から系外に排気される。

図７は、焼却炉の部分縦断面図であり、図８及び図９は、図７のＩ−Ｉ線及びII-II線における断面図である。

図７〜図９には、灰出し口２１及び焼却物投入口２３のハッチ２１ａ、２３ａが示されている。閉鎖したハッチ２１ａの内側面は、縦条又は凹凸形状の炉内壁面４０を形成する。燃焼ガスＣＧは、ハッチ２１ａの内側面に到達し、転向するが、燃焼ガスＣＧの一部は、縦条又は凹凸形状の炉内壁面４０に衝突し、ハッチ２１ａの近傍に渦流を形成する。

ハッチ２３ａの内側面も又、縦条又は凹凸形状の炉内壁面４２を形成する。更に、ハッチ２１ａ、２３ａの間の炉壁部分も又、縦条又は凹凸形状に賦形される。上下方向に延びる複数の溝状流路が、ハッチ２３ａの内側面およびハッチ２１ａ、２３ａ間の炉壁部分に形成される。これらの流路は、燃焼室１１の燃焼ガスＣＧを部分的にガス化室１２にバイパスさせるバイパス流路４１を構成する。

図１０は、本発明の他の実施例に係る焼却炉の部分縦断面図であり、図１１及び図１２は、図１０のIII−III線及びIV-IV線における断面図である。

図１０〜図１２に示す焼却炉１０は、上下２段のガス化室１２ａ、１２ｂを備える。図１０及び図１２に示すように、灰出し口２１のハッチ２１ａの内側面は、凹凸形状の炉内壁面４０を形成する。燃焼ガスＣＧの一部は、凹凸形状の炉内壁面４０に衝突し、ハッチ２１ａの近傍に渦流を形成する。

図１０及び図１１に示す如く、焼却物投入口２３のハッチ２３ａの内側面には、縦条又は凹凸形状の炉内壁面４２が形成される。同様に、ハッチ２１ａ、２３ａの間の炉壁部分も又、縦条又は凹凸形状に賦形される。上下方向に延びる複数の溝状流路が、ハッチ２３ａの内側面およびハッチ２１ａ、２３ａ間の炉壁部分に形成される。これらの流路は、燃焼室１１の燃焼ガスＣＧを部分的にガス化室１２ａ、１２ｂにバイパスさせるバイパス流路４１を構成する。燃焼ガスＣＧの一部は、凹凸形状の炉内壁面４０に衝突する際に発生する圧力でバイパス流路４１に流入し、バイパス流路４１を介してガス化室１２ａ、１２ｂに流出する。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

例えば、図６、図７及び図８に仮想線で示す如く、燃焼ガスＣＧの流れを規制し又は案内する堰３０ａ等のガス流規制手段又は案内手段を燃焼室１１に配設しても良い。

また、灰出し口２１及び焼却物投入口２３を片側の炉壁２８に配置し、炉壁２７の炉壁面を全体的に縦条又は凹凸形状に賦形しても良い。

本発明は、直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉及び焼却物焼却方法に適用される。本発明の焼却炉及び焼却物焼却方法は、一般家庭又は飲食施設の生ゴミ、食品工場や、畜産施設の動植物廃棄物、医療施設の生物学的又は生体系廃棄物、養老施設又は老人保健施設の紙オムツ、産業施設の廃プラスチック等の各種廃棄物を焼却する焼却炉及び焼却物焼却方法として、好ましく使用することができる。

本発明の好適な実施形態に係る直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉の構成を概略的に示すシステム構成図である。 図１に示す焼却炉のブロックフロー図である。 本発明の他の好適な実施形態に係る直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉の構成を概略的に示すシステム構成図である。 図３に示す焼却炉のブロックフロー図である。 本発明の実施例に係る焼却炉の構成を概略的に示す背面図、正面図、側面図及び平面図である。 図５に示す焼却炉の構造を概念的に示す斜視図である。 図５に示す焼却炉の部分縦断面図である。 図７のＩ−Ｉ線における焼却炉の断面図である。 図７のII−II線における焼却炉の断面図である。 本発明の他の実施例に係る焼却炉の部分縦断面図である。 図１０のIII−III線における断面図である。 図１０のIV-IV線における断面図である。 従来技術に係る直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉の構成を概略的に示すシステム構成図である。

符号の説明

１０：焼却炉
１１：燃焼室
１２：ガス化室
１３：火格子
１４：再燃焼室
１５：熱源バーナ
１７：排気口
１８：循環口
１９：循環流路
２１：灰出し口
２２：エゼクタ空気導管
２６：方形炉壁
３１：制御ユニット
３２：温度検出器
ＣＧ：燃焼ガス
Ｗ：焼却物
ＰＧ：乾留ガス

Claims (11)

1. 焼却物をガス化するガス化室と、ガス化室の底面を形成する火格子と、火格子の下側に配置された燃焼室と、燃焼室に向かって高温の燃焼ガスを噴射する熱源バーナと、前記ガス化室に生成した乾留ガスを前記熱源バーナの近傍に案内し、該乾留ガスを前記燃焼ガスに混合するための循環流路と、前記乾留ガス中の未燃分の燃焼および前記燃焼ガスの排気のための再燃焼室とを有する直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉において、
   前記熱源バーナの燃焼ガス噴流が該燃焼室内にＵターン形炉内循環流を形成するように、前記燃焼室と前記再燃焼室とを連通させる排気口が、前記熱源バーナを配置した側に位置する前記燃焼室の炉壁面に配置されたことを特徴とする直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉。
2. 前記熱源バーナと対向する前記燃焼室の炉壁面及び／又は灰出し口のハッチには、燃焼ガスの渦流を形成するための渦流形成手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉。
3. 前記渦流形成手段は、炉壁面又はハッチに形成された凸条、凹溝又は凹凸からなることを特徴とする請求項２に記載の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉。
4. 前記熱源バーナ及び前記排気口は、所定の炉内壁面に並列に配置され、前記熱源バーナの軸線、前記燃焼室の長手方向軸線および前記排気口の中心軸線は、実質的に平行に配向されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉。
5. 上下方向に複数段に配置された複数の前記ガス化室と、前記燃焼室の燃焼ガスを上層のガス化室に導くバイパス流路とを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉。
6. 前記バイパス流路は、前記燃焼室の炉壁面、前記灰出し口のハッチ及び／又は焼却物投入口のハッチに設けられた凸条、凹溝又は凹凸によって形成されることを特徴とする請求項５に記載の直接加熱乾留ガス化方式の焼却炉。
7. ガス化室の火格子上に焼却物を投入し、火格子の下側に配置された燃焼室内に熱源バーナから空気及び燃料の混合気を導入し、該混合気の燃焼反応により生成した燃焼ガスの熱及び残存空気と、焼却物の燃焼発熱とによって焼却物をガス化し、ガス化室に発生した乾留ガスを前記混合気又は燃焼ガスに混合して該乾留ガス中の未燃分の燃焼反応を生じさせ、前記燃焼室の燃焼ガスを排気する直接加熱乾留ガス化方式の焼却物焼却方法において、
   前記混合気の導入方向と逆方向に前記燃焼ガスを前記燃焼室から排出するように前記燃焼ガスの排気口を配置することによって、前記燃焼ガスを前記燃焼室内でＵターンさせ、前記燃焼室における前記燃焼ガスの流動経路及び滞留時間を延長することを特徴とする直接加熱乾留ガス化方式の焼却物焼却方法。
8. 前記熱源バーナと対向する前記燃焼室の炉壁面及び／又は灰出し口のハッチに前記混合気の燃焼ガス噴流を到達せしめ、前記炉壁面及び／又はハッチの近傍に燃焼ガス噴流の渦流の形成することを特徴とする請求項７に記載の焼却物焼却方法。
9. 前記熱源バーナの混合気の噴射方向と、前記排気口を流通する燃焼ガス流の方向とを実質的に平行に設定することを特徴とする請求項７又は８に記載の焼却物焼却方法。
10. 複数の前記ガス化室を上下方向に複数段に配置し、前記燃焼室の燃焼ガスを上層のガス化室にバイパスさせることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の焼却物焼却方法。
11. 前記熱源バーナの空気比を１．０〜１.２の範囲に制限することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の焼却物焼却方法。
    

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